Durante uma tempestade , partículas de gelo e gotículas de água atritam-se com as nuvens , produzindo duas camadas : uma com cargas elétricas positivas e outra com cargas elétricas negativas, podendo a camada positiva estar acima da negativa. Assim, as cargas elétricas acumulam-se nas nuvens até surgirem condições de escoamento através do ar atmosférico . Inicialmente , ocorre o escoamento entre duas camadas de uma mesma nuvem , perceptível como um clarão com trajetórias sinuosas e de ramificações irregulares , na maioria das vezes muito distante do solo. Chamamos esse fenômeno de relâmpago . Simultaneamente a ele , ocorre uma descarga elétrica denominada raio, em que a atmosfera se torna condutora de eletricidade. É importante lembrar ainda que a temperatura que envolve um "raio" está entre 20 000 ¤C e 30 000 ¤C , o que produz um superaquecimento no ar seguido de uma expansão e uma onda sonora denominada trovão. Denominamos raio e descarga elétrica que acontece em regiões da atmosfera com grandes concentrações de cargas elétricas . A ocorrência do raio se deve à grande diferença de potencial que se estabelece entre a nuvem e a superfície terrestre, ou entre duas nuvens. Quando essa diferença de potencial é suficientemente intensa para ionizar o ar , ocorre a descarga ou corrente elétrica. Ionizar o ar significa que a diferença de potencial entre a nuvem e a superfície terrestre é tão grande que conseguir retirar elétrons dos átomos que constituem os gases que compõem o ar. O funcionamento dos para-raios está fundamentado no conceito de poder das pontas de condutores em equilíbrio eletrostático. Uma descarga elétrica ocorre quando uma nuvem carregada eletricamente passa próximo de um para-raios. Acontece , então, um interação entre eles , provocando uma indução eletrostática. As cargas elétricas de sinal contrário ao da nuvem passam a se concentrar na ponta do para-raios de forma intensa , provocando um forte aumento elétrico em sua vizinhança e a ionização do ar. Dessa forma , a função do para-raios é induzir a descarga elétrica segura e encaminhá-la para a terra. Existe uma relação entre altura do para-raios e a distância horizontal que ele é capaz de proteger . Há , portanto , limites para o alcance de sua atração. Em geral , a área horizontal coberta pelo para-raios equivale a duas vezes a altura de seu topo ao solo. Assim, muitas vezes é necessária a instalação de mais de um para-raios para se obter uma cobertura mais extensa. É usual , nas instalações mais recentes , optar por hastes horizontais , e não por verticais , que são distribuídas pela estrutura dos telhados ou as partes mais vulneráveis das edificações. Nessas hastes , são ligados fios terra que se prolongam até os terminais de terra , que consistem basicamente de hastes metálicas enterradas no solo.
